加硅藻的太陽能電池更強力

credit:123RF

硅藻，一種繁衍十分迅速的藻類植物，因為其操縱光的能力而被譽為「大海里的珍寶」。如今，研究人員希望利用它們的光學特性來推動太陽能技術。在Andre Taylor(一位化學與環境工程副教授)的實驗室里，硅藻化石被用來解決長期以來一直阻礙著有機太陽能電池發展的設計問題。這一研究成果被發表在《有機電子學》期刊上。

各種水體中甚至樹皮上都有大量的硅藻，這種植物有著由納米二氧化硅構成的骨架。「自然界中存在的這些東西真是太令人驚訝了。」研究的主要作者，Taylor 實驗室的一位博士生Lyndsey McMillon Brown說道：「它們能夠捕捉並分散光，然後進行光合作用，也就是說我們可以直接使用自然界里的東西——將它們放入太陽能電池中。」

這些微小生物可能對有機太陽能電池(相較於傳統太陽能技術，這種技術成本更低)的設計有著獨特的價值。因為設計這些電池的一個挑戰是，它們需要非常薄的活性層(只有100到300納米)，而這限制了它們將光能轉化為電能的效率。解決這個問題的方案便是嵌入能夠吸收與分散光的納米結構來提高吸收水平，但這對於大規模生產來說太貴了。而這恰恰就是硅藻能夠起作用的地方。經過數十億年的適應性進化，它們已經儘可能優化了吸收光的能力。而且它們是自然界中最常見的浮游植物，這就意味著它們很便宜。

Taylor的研究小組與來自NASA、普林斯頓大學和林肯大學的合作者齊心協力，將硅藻分散在太陽能電池的活性層上。通過這樣做，他們減少了活性層所需的材料數量，但保持了相同的電力輸出水平。

「在研究中，我們弄清楚了要放多少硅藻化石才能夠起到增強的作用。」McMillon Brown說道：「這十分有意義，因為我們之前使用的活性層材料非常罕見的材料，這就意味著它們的價格十分高昂。」

雖然一開始硅藻對於活性層來說太過龐大了，但是僅僅通過簡單的研磨工藝就解決了這個問題。McMillon Brown說道：「加入硅藻並沒有打亂現有的工序，因為這種做法沒有增加任何挑戰，就只是對現有有機太陽能電池的一個簡單補充。」

而Taylor表示，再經過一些調整后，結果可能會更好。Taylor說道：「我們可以使用不同種類的硅藻並對其進行適當的調整，還可以使用一些更好的供體-受體聚合物來獲得更高的性能。」

McMillon Brown還表示，當她第一次接觸到硅藻的時候，她感覺硅藻似乎就是為了她的研究而生的。對此她說道：「我的專業是仿生學，所以我一直在尋找自然界中還沒有被發現的新模式和新結構，因為我相信大自然能夠幫助我們解決所有的工程問題，但是我們必須靠自己找到那些方法。」

本文譯自 phys，由譯者 Lough 基於創作共用協議(BY-NC)發布。